•  
  •  
  •  

Anwendungen

Dual Comb CARS

Die kohärente Anti-Stokes-Raman-Streuung (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering, CARS) ist eine der konventionellen Raman-Spektoskopie verwandte Methode, die empfindlich für molekulare Schwingungen und den damit zusammenhängenden chemischen Bindungen ist. CARS bietet den Vorteil, dass es durch die kohärente Natur des Signals um Größenordnungen sensitiver ist.

Die CARS Mikroskopie ist ein nichtlinearer Prozess dritter Ordnung (4 Wellenmischen), der die Wechselwirkung von drei verschiedenen Laserfrequenzen (ω) beinhaltet; der Pumpstrahl (ωp), der das Molekül vom Grundzustand in einen ersten virtuellen Zustand anhebt, dem Stokesstrahl (ωs), der das Molekül kohärent in einen ersten angeregten Vibrationszustand des elektronischen Grundzustands abregt, mit einer entsprechenden Vibrationsanregung der Frequenz ωvib, und dem Probestrahl (ωpr), der das Molekül zu einem höherliegenden zweiten virtuellen Zustand anregt, von dem aus es in den Grundzustand unter Aussendung der zu höheren Frequenzen verschobenen Anti-Stokes Strahlung zurückkehrt. Mit Rückkehr des Moleküls in den Grundzustand emittiert es ein Photon der Frequenz ωCARS = ωppr - ωs, welches um ωvib blauverschoben gegenüber dem Probestrahl ist. Da es sich um einen kohärenten Prozess handelt, kann das emittierte Signal 100.000 Mal größer sein im Vergleich zum konventionellen spontanen Raman-Prozess.

Das Anti-Stokes Signal wird vergrößert, wenn der Unterschied zwischen (ωp) & (ωs) einer ramanaktiven Resonanzfrequenz der Schwingung entspricht. Indem beispielsweise die Frequenz des Pumpstrahls durchgestimmt wird, kann eine Anzahl bestimmter Moleküle beobachtet und abgebildet werden. Falls allerdings viele verschiedene Moleküle vorliegen, oder unbekannte Arten vorhanden sind, kommt diese Methode an ihre Grenzen.

Die Dual-Comb-CARS-Spektroskopie verwendet zwei Laserfrequenzkämme, die gleichzeitig alle spektralen Komponenten über eine große Bandbreite mit hoher Auflösung innerhalb Mikrosekunden auf einem einzelnen Fotodetektor aufnehmen. Dies erlaubt die Identifikation von Bestandteilen auch in der Bildgebung und Überwachung von schnellen Prozessen wie chemischen Reaktionen.

Durch Erzeugen des Frequenzkamms von Lasern mit GHz Wiederholrate wird die experimentelle Totzeit stark reduziert und folglich kann die notwendige Messzeit des Systems stark verkürzt werden. Die zeitliche Abstimmung zwischen den beiden modengekoppelten Lasern und damit die experimentelle Frequenzkalibrierung lässt sich präzise mit der TL-1000 oder TL-1000-ASOPS Stabilisierungseinheit durchführen.

Downloads

Titel Größe
Abstract - Dual-comb spectroscopy 107KB
Top